Switched-mode napajanja (UPS) su vrlo česti. Računalo koje sada koristite ima višenaponski UPS (najmanje +12, -12, +5, -5 i +3,3V). Gotovo svi takvi blokovi imaju poseban čip PWM kontrolera, obično tipa TL494CN. Njegov analog je domaći mikro krug M1114EU4 (KR1114EU4).
Producenti
Mikrokrug koji se razmatra pripada popisu najčešćih i najčešće korištenih integriranih elektroničkih sklopova. Njegov prethodnik bila je serija PWM kontrolera Unitrode UC38xx. 1999. godine ovu tvrtku kupio je Texas Instruments i od tada je započeo razvoj linije ovih kontrolera, što je dovelo do stvaranja početkom 2000-ih. Čipovi serije TL494. Uz UPS-ove koji su već spomenuti, mogu se naći u regulatorima istosmjernog napona, u kontroliranim pogonima, u soft starterima, jednom riječju, gdje god se koristi PWM upravljanje.
Među tvrtkama koje su klonirale ovaj čip, postoje svjetski poznati brendovi kao što su Motorola, Inc, International Rectifier,Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor. Svi oni daju detaljan opis svojih proizvoda, takozvani TL494CN podatkovni list.
Dokumentacija
Analiza opisa razmatranog tipa mikrosklopa različitih proizvođača pokazuje praktičan identitet njegovih karakteristika. Količina informacija koju daju različite tvrtke gotovo je ista. Štoviše, TL494CN podatkovne tablice marki kao što su Motorola, Inc i ON Semiconductor ponavljaju jedna drugu u svojoj strukturi, slikama, tablicama i grafikonima. Prezentacija materijala od strane Texas Instrumentsa donekle je drugačija od njih, međutim, nakon pažljivog proučavanja, postaje jasno da se misli na identičan proizvod.
Dodjela čipa TL494CN
Počnimo ga tradicionalno opisivati svrhom i popisom internih uređaja. To je PWM kontroler fiksne frekvencije prvenstveno dizajniran za UPS aplikacije, koji sadrži sljedeće uređaje:
- generator napona pilastih zubaca (SPG);
- pojačala za pogreške;
- izvor referentnog (referentnog) napona +5 V;
- krug za podešavanje mrtvog vremena;
- izlazne tranzistorske sklopke za struju do 500 mA;
- shema za odabir jednotaktnog ili dvotaktnog rada.
Ograničenja
Kao i svaki drugi mikro krug, opis TL494CN mora sadržavati popis maksimalno dopuštenih karakteristika izvedbe. Navedimo ih na temelju podataka tvrtke Motorola, Inc:
- Napajanje: 42 V.
- Napon kolektoraizlazni tranzistor: 42 V.
- Struja kolektora izlaznog tranzistora: 500 mA.
- Raspon ulaznog napona pojačala: -0,3V do +42V.
- Disipacija snage (na t< 45°C): 1000 mW.
- Raspon temperature skladištenja: -55 do +125°C.
- Raspon radne temperature okoline: od 0 do +70 °S.
Treba napomenuti da je parametar 7 za TL494IN čip nešto širi: od -25 do +85 °S.
TL494CN dizajn čipa
Opis zaključaka njegovog slučaja na ruskom jeziku prikazan je na donjoj slici.
Mikrokrug je smješten u plastično (to je označeno slovom N na kraju njegove oznake) 16-pinsko kućište s pdp izvodima.
Njegov izgled prikazan je na slici ispod.
TL494CN: funkcionalni dijagram
Dakle, zadatak ovog mikrosklopa je pulsno-širinska modulacija (PWM, ili engleski Pulse Width Modulated (PWM)) naponskih impulsa generiranih unutar reguliranih i nereguliranih UPS-ova. U izvorima napajanja prvog tipa, raspon trajanja impulsa, u pravilu, doseže najveću moguću vrijednost (~ 48% za svaki izlaz u push-pull krugovima, koji se široko koriste za napajanje audio pojačala automobila).
Čip TL494CN ima ukupno 6 izlaznih pinova, 4 od njih (1, 2, 15, 16) su ulazi internih pojačala grešaka koji se koriste za zaštitu UPS-a od strujnih i potencijalnih preopterećenja. Pin 4 je ulazsignal od 0 do 3 V za podešavanje radnog ciklusa izlaznih pravokutnih impulsa, a3 je izlaz komparatora i može se koristiti na više načina. Još 4 (brojevi 8, 9, 10, 11) su slobodni kolektori i emiteri tranzistora s maksimalnom dopuštenom strujom opterećenja od 250 mA (u kontinuiranom načinu rada, ne više od 200 mA). Mogu se spojiti u parovima (9 do 10 i 8 do 11) za pogon MOSFET-a velike snage sa ograničenjem struje od 500 mA (maks. 400 mA kontinuirano).
Koje su unutarnje komponente TL494CN? Njegov dijagram je prikazan na donjoj slici.
Mikrokrug ima ugrađen izvor referentnog napona (ION) +5 V (br. 14). Obično se koristi kao referentni napon (s preciznošću od ± 1%) koji se primjenjuje na ulaze krugova koji ne troše više od 10 mA, na primjer, na pin 13 po izboru jednotaktnog ili dvotaktnog rada mikro krug: ako je na njemu +5 V, odabire se drugi način rada, ako je na njemu minus napona napajanja - prvi.
Za podešavanje frekvencije generatora pilastog napona (GPN), koriste se kondenzator i otpornik, spojeni na pinove 5 i 6, respektivno. I, naravno, mikrosklop ima terminale za spajanje plusa i minusa izvora napajanja (brojevi 12 i 7) u rasponu od 7 do 42 V.
Diagram pokazuje da postoji niz internih uređaja u TL494CN. Opis njihove funkcionalne namjene na ruskom jeziku bit će dat u nastavku tijekom prezentacije materijala.
Funkcije ulaznog terminala
Kao i svakidrugi elektronički uređaj. Dotični mikro krug ima svoje ulaze i izlaze. Počet ćemo s prvim. Popis ovih pinova TL494CN već je dat gore. Opis njihove funkcionalne namjene na ruskom jeziku bit će dat u nastavku s detaljnim objašnjenjima.
Izlaz 1
Ovo je pozitivan (neinvertirajući) ulaz pojačala greške 1. Ako je napon na njemu niži od napona na pinu 2, izlaz pojačala greške 1 će biti nizak. Ako je veći nego na pinu 2, signal pojačala pogreške 1 će biti visoki. Izlaz pojačala u biti replicira pozitivan ulaz koristeći pin 2 kao referencu. Funkcije pojačala pogreške bit će detaljnije opisane u nastavku.
Zaključak 2
Ovo je negativni (invertirajući) ulaz pojačala greške 1. Ako je ovaj pin viši od pina 1, izlaz pojačala pogreške 1 će biti nizak. Ako je napon na ovom pinu niži od napona na pinu 1, izlaz pojačala će biti visok.
Zaključak 15
Radi potpuno isto kao i 2. Često se drugo pojačalo greške ne koristi u TL494CN. Njegov sklopni krug u ovom slučaju sadrži pin 15 jednostavno spojen na 14. (referentni napon +5 V).
Zaključak 16
Radi isto kao i 1. Obično je spojen na zajednički broj 7 kada se ne koristi drugo pojačalo greške. S pin 15 spojenim na +5V i 16 spojenim na zajednički, izlaz drugog pojačala je nizak i stoga nema utjecaja na rad čipa.
Zaključak 3
Ovaj pin i svako interno pojačalo TL494CNmeđusobno povezani preko dioda. Ako se signal na izlazu bilo kojeg od njih promijeni s niskog na visoki, onda na broju 3 također ide visoko. Kada signal na ovom pinu prijeđe 3,3 V, izlazni impulsi se isključuju (nulti radni ciklus). Kada je napon na njemu blizu 0 V, trajanje impulsa je maksimalno. Između 0 i 3,3 V, širina impulsa je 50% do 0% (za svaki od izlaza PWM kontrolera - na pinovima 9 i 10 na većini uređaja).
Ako je potrebno, pin 3 se može koristiti kao ulazni signal ili se može koristiti za prigušivanje brzine promjene širine impulsa. Ako je napon na njemu visok (> ~ 3,5V), ne postoji način da se pokrene UPS na PWM kontroleru (neće biti impulsa iz njega).
Zaključak 4
Upravlja radnim ciklusom izlaznih impulsa (eng. Dead-Time Control). Ako je napon na njemu blizu 0 V, mikrosklop će moći proizvesti i najmanju moguću i maksimalnu širinu impulsa (koju postavljaju drugi ulazni signali). Ako se na ovaj pin primijeni napon od oko 1,5 V, širina izlaznog impulsa bit će ograničena na 50% njegove maksimalne širine (ili ~25% radnog ciklusa za push-pull PWM kontroler). Ako je napon na njemu visok (> ~ 3,5V), ne postoji način da se pokrene UPS na TL494CN. Njegov sklopni krug često sadrži br. 4, spojen izravno na masu.
Važno zapamtiti! Signal na pinovima 3 i 4 trebao bi biti ispod ~3,3 V. Što ako je blizu, recimo, +5 V? Kakoonda će se TL494CN ponašati? Krug pretvarača napona na njemu neće generirati impulse, t.j. neće biti izlaznog napona iz UPS-a
Zaključak 5
Služi za spajanje vremenskog kondenzatora Ct, a njegov drugi kontakt je spojen na masu. Vrijednosti kapacitivnosti su obično od 0,01 µF do 0,1 µF. Promjene vrijednosti ove komponente dovode do promjene frekvencije GPN-a i izlaznih impulsa PWM kontrolera. U pravilu se ovdje koriste visokokvalitetni kondenzatori s vrlo niskim temperaturnim koeficijentom (s vrlo malom promjenom kapaciteta s promjenom temperature).
Zaključak 6
Za spajanje otpornika za podešavanje vremena Rt, a njegov drugi kontakt spojen je na masu. Vrijednosti Rt i Ct određuju frekvenciju FPG-a.
f=1, 1: (Rt x Ct)
Zaključak 7
Spaja se na zajedničku žicu kruga uređaja na PWM kontroleru.
Zaključak 12
Označeno je slovima VCC. Na njega je spojen "plus" napajanja TL494CN. Njegov sklopni krug obično sadrži br. 12 spojen na prekidač napajanja. Mnogi UPS-ovi koriste ovaj pin za uključivanje i isključivanje napajanja (i samog UPS-a). Ako ima +12 V i broj 7 je uzemljen, FPV i ION čipovi će raditi.
Zaključak 13
Ovo je unos načina rada. Njegov rad je gore opisan.
Funkcije izlaznih terminala
Iznad su bili navedeni za TL494CN. Opis njihove funkcionalne namjene na ruskom jeziku bit će dat u nastavku s detaljnim objašnjenjima.
Zaključak 8
O ovomeČip ima 2 npn tranzistora koji su njegovi izlazni ključevi. Ovaj pin je kolektor tranzistora 1, obično spojen na izvor istosmjernog napona (12 V). Međutim, u krugovima nekih uređaja koristi se kao izlaz, a na njemu se vidi meandar (kao i na br. 11).
Zaključak 9
Ovo je emiter tranzistora 1. On pokreće UPS tranzistor velike snage (efekt polja u većini slučajeva) u push-pull krugu, bilo izravno ili kroz međutranzistor.
Izlaz 10
Ovo je emiter tranzistora 2. U single-cycle modu, signal na njemu je isti kao na 9. na drugom je nizak, i obrnuto. U većini uređaja signali iz emitera izlaznih tranzistorskih sklopki dotičnog mikrosklopa pokreću moćne tranzistore s efektom polja, koji se dovode u ON stanje kada je napon na pinovima 9 i 10 visok (iznad ~ 3,5 V, ali ne odnosi se na razinu od 3,3 V na br. 3 i 4).
Zaključak 11
Ovo je kolektor tranzistora 2, obično spojen na izvor istosmjernog napona (+12V).
Napomena: U uređajima na TL494CN, sklopni krug može sadržavati i kolektore i emitere tranzistora 1 i 2 kao izlaze PWM kontrolera, iako je druga opcija češća. Postoje, međutim, opcije kada su točno pinovi 8 i 11 izlazi. Ako pronađete mali transformator u krugu između IC-a i FET-a, izlazni signal je najvjerojatnije uzet iz njih.(od kolekcionara)
Zaključak 14
Ovo je ION izlaz, također gore opisan.
Princip rada
Kako radi TL494CN čip? Dat ćemo opis redoslijeda njegovog rada na temelju materijala tvrtke Motorola, Inc. Izlaz modulacije širine impulsa postiže se usporedbom pozitivnog pilastog signala iz kondenzatora Ct s bilo kojim od dva upravljačka signala. Izlazni tranzistori Q1 i Q2 NISU zatvoreni da bi ih otvorili samo kada ulaz takta okidača (C1) (pogledajte TL494CN funkcionalni dijagram) padne na nisko.
Dakle, ako je na ulazu C1 okidača razina logičke jedinice, tada su izlazni tranzistori zatvoreni u oba načina rada: jednociklični i push-pull. Ako je na ovom ulazu prisutan taktni signal, tada se u push-pull načinu rada tranzistor otvara jedan po jedan po dolasku prekida impulsa takta na okidač. U jednostrukom načinu rada, okidač se ne koristi, a obje izlazne tipke otvaraju se sinkrono.
Ovo otvoreno stanje (u oba načina) moguće je samo u onom dijelu FPV perioda kada je pilasti napon veći od kontrolnih signala. Dakle, povećanje ili smanjenje veličine kontrolnog signala uzrokuje linearno povećanje ili smanjenje širine naponskih impulsa na izlazima mikrosklopa, respektivno.
Napon s pina 4 (kontrola mrtvog vremena), ulazi pojačala pogreške ili ulaz povratnog signala s pina 3 mogu se koristiti kao kontrolni signali.
Prvi koraci u radu s mikrosklopom
Prije nego što učinitebilo kojem korisnom uređaju, preporuča se naučiti kako radi TL494CN. Kako provjeriti radi li?
Uzmite svoju matičnu ploču, stavite IC na nju i spojite žice prema dijagramu ispod.
Ako je sve ispravno spojeno, krug će raditi. Ostavite igle 3 i 4 neslobodne. Upotrijebite svoj osciloskop kako biste provjerili rad FPV-a - na pin 6 trebali biste vidjeti napon pilasto zupca. Izlazi će biti nula. Kako odrediti njihovu izvedbu u TL494CN. Provjera se može učiniti ovako:
- Spojite izlaz povratne informacije (3) i izlaz kontrole mrtvog vremena (4) na masu (7).
- Sada biste trebali detektirati kvadratni val na izlazima IC-a.
Kako pojačati izlazni signal?
Izlaz TL494CN je prilično niska struja, a vi sigurno želite više snage. Stoga moramo dodati neke moćne tranzistore. Najjednostavniji za korištenje (i vrlo lako nabaviti - sa stare matične ploče računala) su n-kanalni MOSFET-ovi snage. Istodobno, moramo invertirati izlaz TL494CN, jer ako na njega spojimo n-kanalni MOSFET, tada će u nedostatku impulsa na izlazu mikrosklopa biti otvoren za istosmjerni tok. U ovom slučaju MOSFET može jednostavno izgorjeti… Stoga izvadimo univerzalni npn tranzistor i spojimo ga prema dijagramu ispod.
Moćan MOSFET u ovomekrug je pasivno kontroliran. Ovo nije baš dobro, ali za potrebe testiranja i male snage sasvim je prikladno. R1 u krugu je opterećenje npn tranzistora. Odaberite ga prema maksimalnoj dopuštenoj struji njegovog kolektora. R2 predstavlja opterećenje našeg stupnja snage. U sljedećim eksperimentima bit će zamijenjen transformatorom.
Ako sada osciloskopom pogledamo signal na pin 6 mikrosklopa, vidjet ćemo "pilu". Na 8 (K1) još uvijek možete vidjeti kvadratne impulse, a na odvodu MOSFET impulsa istog oblika, ali većeg.
Kako podići izlazni napon?
Sada podignimo napon s TL494CN. Shema uključivanja i ožičenja je ista - na matičnoj ploči. Naravno, ne možete dobiti dovoljno visok napon na njemu, pogotovo jer nema hladnjaka na energetskim MOSFET-ima. Međutim, spojite mali transformator na izlazni stupanj prema ovom dijagramu.
Primarni namot transformatora sadrži 10 zavoja. Sekundarni namot sadrži oko 100 zavoja. Dakle, omjer transformacije je 10. Ako primijenite 10V na primarnu, trebali biste dobiti oko 100V na izlazu. Jezgra je izrađena od ferita. Možete koristiti jezgru srednje veličine iz transformatora napajanja računala.
Budite oprezni, izlaz transformatora je visoki napon. Struja je vrlo mala i neće vas ubiti. Ali možete dobiti dobar pogodak. Još jedna opasnost je ako instalirate velikukondenzator na izlazu, nakupit će veliki naboj. Stoga, nakon isključivanja kruga, treba ga isprazniti.
Na izlazu kruga možete uključiti bilo koji indikator poput žarulje, kao na slici ispod.
Radi na istosmjernom naponu i potrebno mu je oko 160V da upali. (Napajanje cijelog uređaja je oko 15 V - red veličine niže.)
Izlazni krug transformatora naširoko se koristi u bilo kojem UPS-u, uključujući napajanje računala. U tim uređajima prvi transformator, spojen preko tranzistorskih sklopki na izlaze PWM kontrolera, služi za galvanski izolaciju niskonaponskog dijela strujnog kruga, koji uključuje TL494CN, od njegovog visokonaponskog dijela koji sadrži mrežni napon. transformator.
regulator napona
U pravilu, u malim elektroničkim uređajima domaće izrade, napajanje osigurava tipični PC UPS, izrađen na TL494CN. Krug napajanja osobnog računala dobro je poznat, a sami blokovi su lako dostupni, budući da se milijuni starih računala godišnje odlažu ili prodaju za rezervne dijelove. No, u pravilu ovi UPS-ovi ne proizvode napone veće od 12 V. To je premalo za frekventni pretvarač. Naravno, moglo bi se pokušati upotrijebiti PC UPS od 25V prenapona, ali to bi bilo teško pronaći i previše bi se snage raspršilo na 5V u logičkim vratima.
Međutim, na TL494 (ili analognim) možete izgraditi bilo koje sklopove s pristupom povećanoj snazi i naponu. Korištenje tipičnih dijelova iz PC UPS-a i MOS-a velike snagetranzistori s matične ploče, možete izgraditi PWM regulator napona na TL494CN. Krug pretvarača prikazan je na donjoj slici.
Na njemu možete vidjeti sklopni krug mikrosklopa i izlazni stupanj na dva tranzistora: univerzalni npn- i moćni MOS.
Glavni dijelovi: T1, Q1, L1, D1. Bipolarni T1 služi za pogon MOSFET-a snage spojenog na pojednostavljen način, tzv. "pasivno". L1 je induktor iz starog HP pisača (oko 50 zavoja, 1 cm visok, 0,5 cm širok s namotima, otvorena prigušnica). D1 je Schottky dioda iz drugog uređaja. TL494 je ožičen na alternativni način gore navedenom, iako se može koristiti bilo koji.
C8 je mali kapacitet za sprječavanje efekta buke koji ulazi u ulaz pojačala greške, vrijednost od 0.01uF bit će manje-više normalna. Veće vrijednosti će usporiti podešavanje željenog napona.
C6 je još manji kondenzator, koristi se za filtriranje visokofrekventne buke. Kapacitet mu je do nekoliko stotina pikofarada.
